Світлодіодний калькулятор онлайн. Розрахунок та підбір опору для світлодіода

Для стійкої роботи світлодіоду необхідне джерело постійної напруги та стабілізований струм, який не перевищуватиме величини, допустимі специфікою конкретного світлодіода. Якщо необхідно підключити індикаторні світлодіоди, робочий струм яких не перевищує 50-100мА, можна обмежити струм за допомогою резисторів. Якщо йдеться про живлення потужних світлодіодів з робочими струмами від сотень міліампер до одиниць ампер, то не обійтися без спеціальних пристроїв – драйверів (докладніше про ці пристрої читайте у статті “Драйвера для світлодіодів”, готові моделі драйверів можна побачити.). Далі розглянемо варіанти, коли необхідний струм невеликий і обійтися резисторами все ж таки можна.

Резистори є пасивними елементами – вони просто обмежують струм, але ніяк не стабілізують. Сила струму змінюватиметься зі зміною напруги відповідно до закону Ома. Обмежується струм резистором банальним перетворенням «зайвої» електрики на тепло за формулою

P = I 2 R , де P – тепло, що виділяється у ватах, I – сила струму в ланцюгу в амперах, R – опір в омах.

Пристрій у своїй, звісно, ​​гріється. Здатність резистора розсіювати тепло не безмежна і при перевищенні допустимого струму він згорить. Допустима потужність, що розсіюється, визначається корпусом резистора. Це потрібно враховувати при плануванні підключення світлодіодів та вибирати елементи з як мінімум подвійним запасом міцності.

Якщо необхідно підключити один світлодіод, то опір резистора можна розрахувати відповідно до закону Ома за простою формулою:

R = (U – U L) / I , де R – необхідний опір в омах, U – напруга джерела живлення, U L – падіння напруги на світлодіоді у вольтах, I – необхідний струм світлодіода в амперах.

Дуже часто потрібно підключити не один, а кілька світлодіодів. У цьому випадку можливе їхнє послідовне або паралельне підключення.

Падіння напруги на послідовно з’єднаних світлодіодах підсумовується, через кожен із них протікає однаковий струм. Напруга джерела живлення має бути більшим, ніж сумарне падіння напруги.

Розраховується опір резистора за таким самим принципом, як і у випадку одного світлодіода, тільки враховується падіння напруги не на одному світляку, а сумарно для всього ланцюжка.

Послідовне підключення зручне тим, що вимагає мінімум додаткових деталей, крім того, джерело живлення не потребує великого струму. Але при великій кількості світлодіодів може знадобитися суттєва напруга. Крім того, якщо один із послідовного ланцюжка згорить, то ланцюг обірветься і світити перестануть усі світлодіоди. Також при такому варіанті підключення важливо використовувати абсолютно однакові світлодіоди, інакше їх різні параметри будуть джерелом дисбалансу. У результаті вони можуть або світити нерівномірно, або значно швидше виходити з ладу.

Паралельне підключення рівносильне одночасному підключенню окремих світлодіодів, яким зовсім не обов’язково знати про наявність інших світлодіодів. При цьому напруга джерела живлення повинне перевищувати падіння напруги на одному світлодіоді. Сила струму кожного світлодіода може регулюватися індивідуально, вибором опору резистора, що приєднаний до нього. Важливо, щоб джерело живлення знало, скільки світлодіодів до нього підключено, оскільки загальна сила струму, яку потрібно від нього надати, дорівнює сумі струмів, що протікають через всі світлодіоди. Якщо один із світлодіодів вийде з ладу, зі свіченням інших нічого не станеться, оскільки вони працюють індивідуально. Врахуйте, що це не стосується паралельних світлодіодів, які живляться від струмообмежувального драйвера! Драйвер стабілізує струм, вихід із ладу однієї з гілок призведе до загального зниження струму. Це зниження драйвер негайно компенсує, що призведе до підвищення струму на гілках, що залишилися. А вони можуть це й не пережити. З аналогічної причини слід уникати підключення кількох паралельних світлодіодів через один струмообмежуючий резистор.

Опір кожного резистора при паралельному підключенні світлодіодів розраховується, повторюся так само, як і при підключенні одного світлодіода.

Паралельне підключення світлодіодів не вимагає високої напруги живлення, але при використанні необхідно забезпечити достатню силу струму. Потрібно більше деталей, але можна одночасно підключити світлодіоди з різними параметрами. Також більша кількість струмообмежувальних резисторів, які виділятимуть тепло, дасть нижчий загальний ККД схеми порівняно з послідовним підключенням.

Світлодіод є напівпровідниковим приладом з нелінійною вольт-амперною характеристикою (ВАХ). Його стабільна робота, насамперед, залежить від величини, що протікає через нього струму. Будь-яке, навіть незначне, навантаження призводить до деградації світлодіодного чіпа та зниження його робочого ресурсу.

Щоб обмежити струм, що протікає через світлодіод на потрібному рівні, електричний ланцюг необхідно доповнити стабілізатором. Найпростішим елементом, що обмежує струм, є резистор.

Важливо!Резистор обмежує, але з стабілізує струм.

Розрахунок резистора для світлодіода не є складним завданням і провадиться за простою шкільною формулою. А ось із фізичними процесами, що протікають у p-n-переході світлодіода, рекомендується познайомитися ближче.

Теорія

Математичний розрахунок

Нижче представлена ​​важлива електрична схема у найпростішому варіанті. У ній світлодіод і резистор утворюють послідовний контур, яким протікає однаковий струм (I). Живиться схема від джерела ЕРС напругою (U). У робочому режимі на елементах ланцюга відбувається падіння напруги: на резисторі (U R) та на світлодіоді (U LED). Використовуючи друге правило Кірхгофа, виходить така рівність: або його інтерпретація

У наведених формулах R – це опір резистора (Ом), що розраховується, R LED – диференціальний опір світлодіода (Ом), U – напруги (В).

Значення R LED змінюється при зміні умов роботи напівпровідникового приладу. У разі змінними величинами є струм і напруга, від співвідношення яких залежить величина опору. Наочним поясненням сказаного є ВАХ світлодіода. На початковій ділянці характеристики (приблизно до 2 вольт) відбувається плавне зростання струму, в результаті чого R LED має велике значення. Потім p-n-перехід відкривається, що супроводжується різким збільшенням струму при незначному зростанні напруги, що прикладається.

Шляхом нескладного перетворення перших двох формул можна визначити опір струмообмежувального резистора: U LED є паспортною величиною кожного окремого типу світлодіодів.

Графічний розрахунок

Маючи на руках ВАХ досліджуваного світлодіода можна розрахувати резистор графічним способом. Звісно, ​​такий спосіб немає широкого практичного застосування. Адже знаючи струм навантаження, з графіка можна легко визначити величину прямої напруги. Для цього достатньо з осі ординат (I) провести пряму лінію до перетину з кривою, а потім опустити лінію на вісь абсцис (U LED). У результаті всі дані розрахунку опору отримані.

Тим не менш, варіант з використанням графіка унікальний і заслуговує на певну увагу.

Розрахуємо резистор для світлодіода з номінальним струмом 20 мА, який необхідно підключити до джерела живлення 5 В. Для цього з 20 мА точки проводимо пряму лінію до перетину з кривою LED. Далі через точку 5 і точку на графіці проводимо лінію до перетину з віссю ординат і отримуємо максимальне значення струму (I max), приблизно дорівнює 50 мА. Використовуючи закон Ома, розраховуємо опір: Щоб схема була безпечною та надійною, потрібно виключити перегрів резистора. Для цього слід знайти його потужність розсіювання за формулою:

У яких випадках можливе підключення світлодіода через резистор?

Підключати світлодіод через резистор можна, якщо питання ефективності схеми є першорядним. Наприклад, використання світлодіода в ролі індикатора для підсвічування вимикача або покажчика напруги в електроприладах. У таких пристроях яскравість не важлива, а потужність споживання не перевищує 0,1 Вт. Підключаючи світлодіод із споживанням більше 1 Вт, потрібно бути впевненим у тому, що блок живлення видає стабілізовану напругу.

Якщо вхідна напруга схеми не стабілізована, всі перешкоди і стрибки будуть передаватися в навантаження, порушуючи роботу світлодіода. Яскравим прикладом служить автомобільна електрична мережа, в якій напруга на акумуляторі лише теоретично становить 12 В. У найпростішому випадку робити світлодіодне підсвічування в машині слідує через лінійний стабілізатор із серії LM78XX. А щоб хоч якось підвищити ККД схеми, включати потрібно по 3 світлодіоди послідовно. Також схема живлення через резистор потрібна в лабораторних цілях для тестування нових моделей світлодіодів. В інших випадках рекомендується використовувати стабілізатор струму (драйвер). Особливо тоді, коли вартість випромінюючого діода можна порівняти з вартістю драйвера. Ви отримуєте готовий пристрій із відомими параметрами, який залишається лише правильно підключити.

Приклади розрахунків опору та потужності резистора

Щоб допомогти новачкам зорієнтуватися, наведемо декілька практичних прикладів розрахунку опору для світлодіодів.

Cree XM-L T6

У першому випадку проведемо обчислення резистора, необхідного для підключення потужного світлодіода до джерела напруги 5 В. Cree XM-L з біном T6 має такі параметри: типове U LED = 2,9 В та максимальне U LED = 3,5 В при струмі I LED =0,7 А. У розрахунки слід підставляти типове значення U LED , оскільки. воно найчастіше відповідає дійсності. Розрахований номінал резистора є у ряді Е24 і має допуск 5%. Однак на практиці часто доводиться округляти отримані результати до найближчого значення стандартного ряду. Виходить, що з урахуванням округлення та допуску в 5% реальний опір змінюється і слідом за ним обернено пропорційно змінюється струм. Тому, щоб не перевищити робочий струм навантаження, необхідно розрахунковий опір округляти у бік збільшення.

Використовуючи найпоширеніші резистори з ряду Е24, не завжди вдається підібрати потрібний номінал. Вирішити цю проблему можна двома способами. Перший має на увазі послідовне включення додаткового струмообмежувального опору, який повинен компенсувати відсутні Оми. Його підбір повинен супроводжуватися контрольними вимірами струму.

Другий спосіб забезпечує більш високу точність, оскільки передбачає встановлення прецизійного резистора. Це такий елемент, опір якого залежить від температури та інших зовнішніх чинників і має відхилення трохи більше 1% (ряд Е96). У будь-якому випадку краще залишити реальний струм трохи менше від номіналу. Це не сильно вплине на яскравість, зате забезпечить кристалу режим роботи.

Потужність, що розсіюється резистором, складе:

Розраховану потужність резистора для світлодіода слід збільшити на 20–30%.

Обчислимо ККД зібраного світильника:

Приклад із LED SMD 5050

За аналогією з першим прикладом розберемося, який потрібний резистор для . Тут потрібно врахувати конструкційні особливості світлодіода, що складається із трьох незалежних кристалів.

Якщо LED SMD 5050 одноколірний, то пряма напруга у відкритому стані на кожному кристалі буде відрізнятися не більше ніж на 0,1 В. Значить, світлодіод можна запитати від одного резистора, об’єднавши 3 аноди в одну групу, а три катоди – в іншу. Підберемо резистор для підключення білого SMD 5050 з параметрами: типове U LED =3,3 при струмі одного чіпа I LED =0,02 А. Найближче стандартне значення – 30 Ом.

Приймаємо до монтажу обмежувальний резистор потужністю 0,25 Вт та опором 30 Ом ±5%.

У RGB світлодіода SMD 5050 різна пряма напруга кожного кристала. Тому керувати червоним, зеленим та синім кольором, доведеться трьома резисторами різного номіналу.

Онлайн-калькулятор

Нижче представлений онлайн калькулятор для світлодіодів – це зручне доповнення, яке зробить всі розрахунки самостійно. З його допомогою не доведеться нічого малювати та обчислювати вручну. Все що потрібно – це ввести два головні параметри світлодіода, вказати їх кількість та напругу джерела живлення. Одним кліком мишки програма самостійно здійснить розрахунок опору резистора, підбере його номінал зі стандартного ряду та вкаже колірне маркування. Крім того, програма запропонує вже готову схему включення.

Будь-який світлодіод має невеликий опір. Якщо його підключити прямо до блока живлення, він негайно перегорить, оскільки сила струму буде занадто високою. Провіди, якими він підключається до зовнішніх висновків, зроблені з міді або золота і не можуть витримати стрибка струму. Саме тому важливо правильно здійснити розрахунок резистора для світлодіода.

Від правильності зробленого розрахунку залежить скільки довго буде працювати цей світлодіод. Якщо резистор має недостатній опір, світлодіод може перегоріти, якщо ж навпаки, сила струму буде меншою за номінальну, лампочка матиме тьмяне світло. Для того, щоб провести розрахунки, існують спеціальні формули і зробити це не складно. Крім того, існують спеціальні програми, які автоматично здійснять всі необхідні розрахунки на підставі введених даних.

У цій статті будуть розглянуті всі аспекти та тонкощі твору подібних розрахунків. Також як бонус у статті присутній відеоролик на цю тему та наукова стаття, якою можна завантажити.

Результат розрахунку

Як правило, виявиться, що резистори з таким номіналом не випускаються, і вам буде показано найближчий стандартний номінал. Якщо не вдається зробити точний підбір опору, використовуйте більший номінал. Відповідний номінал можна зробити, включаючи опір паралельно або послідовно. Розрахунок опору для світлодіода можна не робити, якщо використовувати потужний змінний або підстроювальний резистор. Найбільш поширені типи 3296 на 0,5W. При використанні живлення на 12В послідовно можна підключити до 3 LED.

Резистори бувають різного класу точності, 10%, 5%, 1%. Тобто їх опір може похибка у межах в позитивну чи негативну сторону. Не забуваємо враховувати і потужність струмообмежувального резистора, це його здатність розсіювати певну кількість тепла. Якщо вона буде мала, то він перегріється і вийде з ладу, тим самим розірвавши електричний ланцюг. Щоб визначити полярність, можна подати невелику напругу або використовувати функцію перевірки діодів на мультиметрі. Відрізняється від режиму вимірювання опору, зазвичай подається від 2 до 3В.

Так само при розрахунках світлодіодів слід враховувати розкид параметрів, для дешевих вони будуть максимальні, для дорогих вони будуть більш однаковими. Щоб перевірити цей параметр, необхідно увімкнути їх у рівних умовах, тобто послідовно.

Зменшення струму або напруга знизити яскравість до крапок, що злегка світяться. Візуально ви зможете оцінити, деякі світяться яскравіше, інші тьмяно. Чим рівномірніше вони горять, тим менший розкид. Калькулятор розрахунку резистора для світлодіода передбачає, що характеристики світлодіодних чіпів ідеальні, тобто відмінність дорівнює нулю.

Напруга падіння для поширених моделей малопотужних до 10W може бути від 2В до 12В. Зі зростанням потужності збільшується кількість кристалів у COB діоді, на кожному є падіння. Кристали включаються ланцюжками послідовно, потім вони поєднуються в паралельні ланцюги. На потужностях від 10W до 100W зниження зростає з 12В до 36В. Цей параметр повинен бути вказаний у технічних характеристиках LED чіпа та залежить від призначення кольору:

• синій;
• червоний;
• зелений;
• жовтий;
• триколірний RGB;
• чотириколірний RGBW;
• двокольоровий;
• теплий та холодний білий.

Перш ніж підібрати резистор для світлодіода на онлайн калькуляторі, слід переконатись у параметрах діодів. Китайці на Aliexpress продають безліч led, видаючи їх за фірмові. Найбільш популярні моделі SMD3014, SMD 3528, SMD2835, SMD 5050, SMD5630, SMD5730. Наприклад, найчастіше китайці обманюють на SMD5630 та SMD5730. Цифри в маркуванні позначають лише розмір корпусу 5,6 мм на 3,0 мм.

У фірмових такий великий корпус використовується для встановлення потужних кристалів на 0,5W, тому у покупців діодів СМД5630 безпосередньо асоціюється з потужністю 0,5W. Хитрий китаєць цим користується, і в корпус 5630 встановлює дешевий і слабкий кристал у середньому на 0,1W, при цьому вказуючи споживання енергії 0,5W.

Наочним прикладом будуть автомобільні лампи та світлодіодні кукурудзи, в яких поставлено велику кількість слабеньких та неякісних ЛІД чіпів. Звичайний покупець вважає, чим більше світлодіодів, чим краще світить і вища потужність. Автомобільні лампи на найслабших лід 0,1W Щоб заощадити гріш, мої світлодіодні колеги шукають пристойні ЛІД на Aliexpress. Шукають хорошого продавця, який обіцяє певні параметри, замовляють, чекають на доставку місяць. Після тестів виявляється, що китайський продавець обдурив, продав барахло. Пощастить, якщо на сьоме прийдуть пристойні діоди, а не барахло. Зазвичай зроблять 5 замовлень, і не досягнувши результату та йдуть робити замовлення у вітчизняний магазин, який може зробити обмін.

Обчислення світлодіодного резистора з використанням Закону Ома

Закон Ома свідчить, що опір резистора R = V / I, де V = напруга через резистор (V = S – V L в даному випадку), I = струм через резистор. Отже, R = (V S – V L) / I. Якщо ви хочете підключити кілька світлодіодів відразу – це можна зробити послідовно. Це скорочує споживання енергії і дозволяє підключати велику кількість діодів одночасно, наприклад як якусь гірлянду. Всі світлодіоди, які з’єднані послідовно, повинні бути одного типу. Блок живлення повинен мати достатню потужність та забезпечити відповідну напругу.

Буде цікаво➡ Що таке терморезистор?

Приклад розрахунку: Червоний, жовтий та зелений діоди – при послідовному з’єднанні потрібна напруга живлення – не менше 8V, так 9-вольтова батарея буде практично ідеальним джерелом. V L = 2V + 2V + 2V = 6V (три діоди, їх напруга підсумовуються). Якщо напруга живлення V S 9 і струм діода = 0.015A, Резистором R = (V S – V L) / I = (9 – 6) / 0,015 = 200 Ом. Беремо резистор 220 Ом (найближчого стандартного значення, яке більше).

Уникайте підключення світлодіодів у паралелі!

Світлодіод як нелінійний елемент

Розглянемо сімейство вольт-амперних характеристик (ВАХ) для світлодіодів різних кольорів. Ця характеристика показує залежність струму, що проходить через світловипромінюючий діод, від напруги, що додається до нього. Як видно на малюнку, характеристики мають нелінійний характер.

Це означає, що навіть при невеликій зміні напруги на кілька десятих вольта струм може змінитися в кілька разів. Однак при роботі зі світлодіодами зазвичай використовують найбільш лінійну ділянку (т.зв. робочу область) ВАХ, де струм змінюється не так різко. Найчастіше виробники вказують на характеристики світлодіода положення робочої точки, тобто значення напруги і струму, при яких досягається заявлена ​​яскравість свічення.

Представлені вище характеристики були отримані для світлодіодів, що включені в прямому напрямку. Тобто негативний полюс живлення підключений до катода, а позитивний – до анода

Розрахунок резистора для світлодіода

Розрахунок резистора для світлодіода – дуже важливий момент перед підключенням світлодіода до джерела живлення. Адже від цього залежить те, як працюватиме світлодіод. Якщо резистор матиме занадто маленький опір, то світлодіод може вийти з ладу (перегоріти), а якщо опір буде занадто велике, то світлодіод випромінюватиме світло слабко. Розрахунок резистора для світлодіода проводиться за такою формулою:

• R = (V S – V L) / I
• V S – напруга джерела живлення (В).
• V L – напруга живлення світлодіода (зазвичай 2 вольти та 4 вольти для блакитних та білих світлодіодів).
• I – Струм світлодіода (наприклад 10 мА = 0.01 А або 20 мА = 0.02 А)

Переконайтеся, що вибраний вами електричний струм менший за максимальний, на який розрахований світлодіод. Переведіть цю величину з міліампер в ампери. Таким чином, результатом обчислення буде величина опору резистора в омах (Ом). Якщо розрахована величина опору резистора не співпадає зі стандартним номіналом резисторів, необхідно вибрати найближчий більший номінал.

Втім, Ви можете спочатку захотіти вибрати дещо більший опір, для економії електрики, наприклад. Але слід пам’ятати, що випромінювання світлодіода в цьому випадку буде менш яскравим. Якщо напруга джерела живлення = 9 Вольт і у Вас червоний світлодіод (VL = 2V), то струм I = 20 мА = 0.02A, R = (9V – 2V) / 0.02A = 350 Ом. Необхідно вибрати резистор опором 390 Ом (найближче значення).

Миготливі світлодіоди

Миготливі світлодіоди виглядають як звичайні світлодіоди, вони можуть блимати самостійно тому, що містять інтегральну вбудовану схему. Світлодіод блимає на низьких частотах, як правило, 2-3 спалахи в секунду. Такі дрібнички роблять для автомобільних сигналізацій, різноманітних індикаторів чи дитячих іграшок. Світлодіодні цифробуквенні індикатори зараз застосовуються дуже рідко, вони складніші і дорожчі за рідкокристалічні. Раніше, це було практично єдиним і найпросунутішим засобом індикації, їх ставили навіть на мобільні телефони.

У цій статті мова піде про розрахунку струмообмежувального резисторадля світлодіоду.

Розрахунок резистора для одного світлодіода

Для живлення одного світлодіода нам знадобиться джерело живлення, наприклад, дві пальчикові батарейки по 1,5В кожна. Світлодіод візьмемо червоного кольору, де пряме падіння напруги при робочому струмі 0,02 А (20мА) -2 В. Для звичайних світлодіодів максимально допустимий струм дорівнює 0,02 А. Схема підключення світлодіода представлена ​​на рис.1.

Чому я використовую термін “пряме падіння напруга”, а не напруга живлення. А річ у тому, що параметра напруги живлення як такого у світлодіодів немає. Натомість використовується характеристика падіння напруги на світлодіоді, що означає величину напруги на виході світлодіода при проходженні через нього номінального струму. Значення напруги, вказане на упаковці, відображає якраз падіння напруги. Знаючи цю величину, можна визначити напругу, що залишилася на світлодіоді. Саме це значення нам потрібно застосовувати у розрахунках.

Пряме падіння напруги для різних світлодіодів в залежності від довжини хвилі представлено в таблиці 1.

Таблиця 1 – Характеристики світлодіодів

Точне значення падіння напруги світлодіода можна дізнатися на упаковці до даного світлодіода або в довідковій літературі.

R = (Uн.п – Uд) / Iд = (3В-2В) / 0,02А = 50 Ом.

• Uн.п – напруга живлення, В;
• Uд – Пряме падіння напруги на світлодіоді, В;

Оскільки такого опору в стандартному ряду немає, вибираємо найближчий опір із номінального ряду Е24 у бік збільшення – 51 Ом.

Щоб гарантувати тривалу роботу світлодіода та виключити помилку в розрахунках, рекомендую при розрахунках використовувати не максимально допустимий струм – 20 мА, а трохи менше – 15 мА.

Це зменшення струму не позначиться на яскравості світіння світлодіода для людського ока. Щоб ми помітили зміну яскравості світіння світлодіоду, наприклад, у 2 рази, потрібно зменшити струм у 5 разів (згідно з законом Вебера – Фехнера).

В результаті ми отримаємо розрахунковий опір струмообмежувального резистора: R = 50 Ом і потужність розсіювання Р = 0,02 Вт (20мВт).

Розрахунок резистора при послідовному з’єднанні світлодіодів

У разі розрахунку резистора при послідовному з’єднанні всі світлодіоди повинні бути одного типу. Схема підключення світлодіодів при послідовному з’єднанні представлена ​​на рис.

Наприклад, ми хочемо підключити до блоку живлення 9 В, три зелені світлодіоди, кожен по 2,4 В, робочий струм – 20 мА.

Опір резистора визначається за такою формулою:

R = (Uн.п – Uд1 + Uд2 + Uд3) / Iд = (9В – 2,4В +2,4В +2,4В) / 0,02А = 90 Ом.

• Uн.п – напруга живлення, В;
• Uд1 . Uд3 – Пряме падіння напруги на світлодіодах, В;
• Iд – робочий струм світлодіода, А.А.

Вибираємо найближчий опір з номінального ряду Е24 у бік збільшення – 91 Ом.

Розрахунок резисторів при паралельно-послідовному з’єднанні світлодіодів

Часто на практиці нам потрібно підключити до джерела живлення багато світлодіодів, кілька десятків. Якщо всі світлодіоди підключити послідовно через один резистор, то у такому разі напруги на джерелі живлення нам не вистачить. Вирішенням цієї проблеми є паралельно-послідовне з’єднання світлодіодів, як це показано на рис.3.

Виходячи з напруги джерела живлення визначається максимальна кількість світлодіодів, які можна з’єднати послідовно.

Рис.3 – Схема підключення світлодіодів при паралельно-послідовному з’єднанні

Наприклад, у нас є джерело живлення 12 В, виходячи з напруги джерела живлення максимальна кількість світлодіодів для одного ланцюга дорівнюватиме: 10В/2В = 5 шт, враховуючи що на світлодіоді (червоного кольору) падіння напруги — 2 В.

Чому 10 В, а не 12 В ми взяли, пов’язано це з тим, що на резисторі також буде падіння напруги і ми повинні залишити десь 2 В.

Опір резистора для одного ланцюга, виходячи з робочого струму світлодіодів, визначається за формулою:

R = (Uн.п – Uд1 + Uд2 + Uд3 + Uд4 + Uд5) / Iд = (12В – 2В + 2В + 2В + 2В + 2В) / 0,02А = 100 Ом.

Вибираємо найближчий опір з номінального ряду Е24 у бік збільшення – 110 Ом.

Кількість таких ланцюжків із п’яти світлодіодів паралельно з’єднаних практично не обмежена!

Розрахунок резистора при паралельному з’єднанні світлодіодів

Дане підключення є не бажаним, і я його не рекомендую застосовувати на практиці. Пов’язано це з тим, що у кожного світлодіода є технологічне падіння напруги і навіть якщо всі світлодіоди з однієї упаковки – це не є гарантією, що у них падіння напруга буде однаково через технологію виробництва.

В результаті в одного світлодіода струм буде більше ніж в інших і якщо він перевищити максимально допустимий струм, він вийде з ладу. Наступний світлодіод перегорить швидше, тому що через нього вже буде проходити струм, що залишився, розподілений між іншими світлодіодами і так доти, поки всі світлодіоди не вийдуть з ладу.

Вирішити цю проблему можна підключивши до кожного світлодіода свій резистор, як показано на рис.5.

Світлодіоди в наші дні знайшли застосування практично у всіх сферах діяльності людини. Але, незважаючи на це, для більшості звичайних споживачів неясно, завдяки чому і які закони діють при роботі світлодіодів. Якщо така людина захоче влаштувати освітлення за допомогою таких пристроїв, безліч питань і пошуку вирішення проблем не уникнути. І головним питанням буде – “Що це за штука така – резистори, і для чого вони потрібні світлодіодам?”

Що таке резистор та його призначення?

Резистор – це одна із складових електричної мережі, Що характеризується своєю пасивністю і в кращому випадку, що відрізняється показником опору електроструму. Тобто, у будь-який час для такого пристрою має бути справедливим закон Ома.

Головне призначення пристроїв – здатність енергійно чинити опір електричному струму. Завдяки цій якості, резистори знайшли широке застосуванняпри необхідності влаштування штучного освітлення, в тому числі і з використанням світлодіодів.

Для чого необхідне використання резисторів у разі влаштування світлодіодного освітлення?

Більшості споживачів відомо, що звичайна лампочка розжарювання дає світло при її прямому підключенні до джерела живлення. Лампочка може працювати протягом тривалого часу і перегорає лише тоді, коли через подачу занадто високої напруги надмірно нагрівається нитка, що розжарює. У такому разі лампочка, деяким чином, реалізує функцію резистора, тому як проходження електроструму через неї важко, але чим вище напруга, що подається, тим легше струму вдається подолати опір лампочки. Звичайно ж, ставити в один ряд таку складну напівпровідникову деталь, як світлодіод та звичайну лампочку розжарювання не можна.

Важливо знати, що світлодіод – це такий електричний прилад, для функціонування якого краще не сама сила струму, а напруга, що є в мережі. Наприклад, якщо таким пристроєм вибрано напругу 1,8 В, а до нього приходить 2 В, то, найімовірніше, він перегорить – якщо вчасно не знизити напругу до потрібного рівня. Ось саме з цією метою і потрібен резистор, за допомогою якого здійснюється стабілізація джерела живлення, що використовується, щоб подається їм напруга не вивело пристрій з ладу.

У зв’язку з цим дуже важливо:

• визначитись, якого типу резистор потрібно;
• визначити необхідність використання конкретного приладу індивідуального резистора, навіщо потрібно розрахунок;
• врахувати вид з’єднання джерел світла;
• заплановане число світлодіодів у освітлювальній системі.

Відео: Навіщо потрібні резистори

Схеми з’єднання

При послідовній схемі розміщення світлодіодів, коли вони розташовуються один за одним, зазвичай вистачає одного резистора, якщо вдасться правильно розрахувати його опір. Це пояснюється тим, що в електричному ланцюзі є один і той же струм, у кожному місці встановлення електричних приладів.

Але для паралельного з’єднання, для кожного світлодіода потрібен свій резистор. Якщо знехтувати цією вимогою, то всю напругу доведеться тягнути одному, так званому світлодіоду, що «обмежує», тобто тому, якому необхідна найменша напруга. Він занадто швидко вийде з ладу, при цьому напруга буде подано на наступний в ланцюзі прилад, який так само раптово перегорить. Такий поворот подій неприпустимий, отже, у разі паралельного підключення якого-небудь числа світлодіодів потрібно використання такої кількості резисторів, характеристики яких підбираються розрахунком.

Відео: Паралельне підключення світлодіодів

Розрахунок резисторів для світлодіодів

При правильному розумінні фізики процесу, розрахунок опору та потужності даних пристроїв не можна назвати нездійсненним завданням, з яким не під силу впоратися звичайній людині. Для розрахунку необхідного опору резисторів потрібно обов’язково врахувати наступні моменти:

Відео: Підбір резистора для світлодіода

Розрахунок резисторів за допомогою спеціального калькулятора

Зазвичай, розрахунок опору таких пристроїв, потрібних для будь-якого світлодіода, здійснюється за допомогою спеціально призначеного для цього калькуляторів. Такі калькулятори, зручні та високоефективні, не потрібно звідкись завантажувати та встановлювати – розрахувати резистор цілком можна і в онлайн-режимі.

Калькулятор розрахунку резисторів дозволяє з високою точністювизначити необхідну потужність та показник опору резистора, що встановлюється у світлодіодний ланцюг.

Для розрахунку необхідного опору необхідно у відповідні рядки онлайн-калькулятора внести:

• напруга живлення світлодіода;
• номінальна напруга світлодіода;
• номінальний струм.

Далі, потрібно вибрати схему з’єднання, що використовується, а також необхідну кількість світлодіодів.

Після натискання відповідної кнопки виконується розрахунок та на екран монітора виводяться отримані розрахункові дані, за допомогою яких можна надалі без особливих зусиль організувати штучне світлодіодне освітлення.

Також в онлайн-калькуляторах є деяка база, що містить дані про світлодіоди та їх параметри. Надано можливість розрахунку:

• номіналу пристосування;
• колірного маркування;
• споживаного ланцюгом струму;
• розсіюється потужності.

Людина, яка не сильно знається на електриці та фізиці, в більшості випадків не зможе самостійно розрахувати пристрої для світлодіодів. З цієї причини проведення розрахунків за допомогою функціонального та зручного онлайн-калькулятора – неоціненна допомога для звичайних людей, які мають методикою розрахунків із застосуванням фізичних формул.

Більшість відомих виробників світлодіодів та створених на їх основі стрічок, на своїх офіційних сайтах викладають і власний онлайн-калькулятор, За допомогою якого можна не тільки підібрати потрібні резистори і світлодіоди, але і обчислити параметри струмових приладів, що використовуються в різних режимах експлуатації при змінних значеннях струму, температури, подаваного напруги і ін.

Рекомендуємо також

Як визначити потужність світлодіода: способи, приклади розрахунку

Найкращий спосіб дізнатися потужність світлодіода – це подивитися робочі характеристики на упаковці виробу. Знаючи марку і модель можна знайти його характеристики в Інтернеті. В іншому випадку, залишиться тільки два способи: перевірити мультиметром або постаратися визначити за зовнішнім виглядом, про них ми і поговоримо в цій статті.

Навіщо потрібно знати потужність

Потужність світлодіода потрібна для вибору відповідного джерела живлення. Знаючи споживання світлодіода, ми можемо підібрати потрібний йому блок живлення. Розрахунок по потужності дозволить уникнути проблем при подальшій роботі або заощадити кошти.

Розглянемо приклади, щоб стало зрозуміло, про що йде мова. Наприклад, маємо світловипромінювальних діод з робочою напругою 3,5 Вольта і струмом 0,1 Ампера. За формулою розрахунку потужності P = I * U, отримуємо значення P = 3,5 * 0,1 => P = 0,35 Ватт. Потужність десяти складе 3,5 Ватта або 1 Ампер. Звідси робимо висновок, що для підключення одного світлодіода нам буде потрібно блок живлення (БП) потужністю 0,385 Ватта (з запасом 10%). Для підключення десяти знадобиться БП на 3,85 Вт (також з запасом 10%).

Блок живлення для світлодіодів рекомендується вибирати із запасом в 10-20%. Це запобіжить роботу БП на межі, що в свою чергу продовжить його термін служби.

Способи визначення потужності світлодіода

Насправді способів як дізнатися споживання не так вже й багато, тому давайте зупинимося на кожному з них і розглянемо більш докладно.

мультиметром

Цей спосіб найскладніший і не є точним, вдаватися до нього раджу тільки в крайньому випадку, коли досить хоча б приблизних значень.

Визначити потужність лазерного світлодіода за допомогою мультиметра можна!

Маючи на руках лише один мультиметр (він же тестер), для вимірювання слід виконати наступну послідовність дій:

1. Зібрати схему з підключеним світлодіодом через струмообмежуючі резистор на 500 Ом від блоку живлення з плавним регулюванням напруги від 0 до 12 В.
2. Плавно піднімаючи напругу на блоці живлення, слід постійно вимірювати напругу на блоці живлення і світловипромінювальних діодів, тобто до резистора і після (в місцях V1 і V2). У такому способі зручно використовувати два мультиметра або два вольтметра. Спочатку, значення напруг будуть майже однакові (різниця не більше 0,1 В). При досягненні певного рівня, почнеться відчутне зростання різниці вимірюваних значень.
3. Зафіксувати значення напруга
4. Підключити перевіряється світловипромінювальних діод через резистор 10 Ом послідовно з амперметром. Якщо немає амперметра, використовуйте мультиметр.
5. Підніміть напруга до зафіксованого раніше значення V
6. Зафіксуйте значення струму і, використовуючи закон Ома, визначте потужність світлодіода.

Як це зробити, читайте нижче.

Іноді люди стикаються з цікавою особливістю, що перевірявся світловипромінювальних діод справний ( перевіряють світлодіод мультиметром ), Але ніяк не світиться при подачі на нього живлення. Виявляється, що він інфрачервоний. Визначити ІК – світлодіод можна подивившись на нього через об’єктив камери. Він буде світитися.

Згідно із законом Ома

На самому початку статті ми згадували формулу потужності, яка випливає із закону Ома. Там же наведено приклад розрахунку споживання. Знаючи формулу (P = I * U), а також силу струму (I) і напруга (U) світлодіода, Ви без зусиль дізнаєтеся скільки споживає світлодіод.

За зовнішнім виглядом

Визначити скільки споживає світлодіод за зовнішнім виглядом практично не можливо, тому цим способом також рекомендую користуватися тільки в крайньому випадку, так би мовити в безвихідній ситуації. Методика візуального визначення зводиться до можливості віднесення «впізнаваного» до якого-небудь відомого Вам типу светоизлучающего діода. Визначаємо для «піддослідного» тип світлодіода (а краще марку і модель, це можна зробити за маркуванні ) І шукаємо до нього даташит, в якому можна знайти точні характеристики, в тому числі і потужність.

Давайте подивимося, як застосувати спосіб на практиці. Наприклад, на руках у нас є світловипромінювальних діод, як на фото нижче.

Відразу бачимо, що це SMD LED. Знаючи те, що в назві SMD LED зашифровані габарити. Беремо штангенциркуль і міряємо розміри. Отримавши значення ширини – 28 і довжини – 35 мм, можна з упевненістю сказати, що це світлодіод SMD 3528 . Потужність SMD 3528 білого кольору становить 0,06 Вт. Це значення є середнім, тому що воно може варіюватися плюс – мінус 15% в залежності від виробника.

Потужність світлодіода залежить від випромінюваного ним кольору. Тому дізнавшись характеристики для світлодіода білого кольору, варто знати, що для червоного або зеленого вони будуть інші.

Розглянута вище методика може бути застосована до будь-якого SMD LED і навіть для світлодіодної стрічки, тому що в її основі лежать дані LED. Дізнавшись потужність одного светоизлучающего діода на стрічці, і порахувавши їх кількість, Ви без зусиль дізнаєтеся потужність всієї світлодіодним стрічки.

Для наочної демонстрації визначення потужності світлодіодної стрічки, рекомендуємо подивитися відповідне відео з ютуба. При розрахунках автор користується законом Ома.

підсумки

Часто в руки радіоаматора трапляються світлодіоди без написів і пакувальних коробок, за якими можна без зусиль визначити потужність світлодіода. Володіючи описаними в статті способами Ви знаєте як розрахувати хоча б приблизні характеристики, і в більшості випадків цього достатньо для вирішення широкого кола завдань.

Нива 4х4 видео бездорожье Современная жизнь – это жизнь маятник. Нам всем каждый день нужно куда-то идти, бежать, ехать. У каждого свои способы передвижения кто-то ходит пешком, кто-то ездит на автомобиле, кто-то на метро, кто-то

Классическая электропроводка на мотоцикл Урал Решая проблему надежности системы зажигания на своем мотоцикле Урал, я пришел к выводу о необходимости установки БСЗ… Рассмотрев огромное изобилие вариантов бесконтактных систем

Где находится датчик скорости на ВАЗ-2112 16 клапанов: фото, видео Автомобиль : ВАЗ-2112 . Спрашивает : Чуев Сергей. Суть вопроса : Где находится датчик скорости на ВАЗ-2112, хочу его заменить, но никак не найду где он? Здравствуйте! Подскажите, пожалуйста,

Урал мотоцикл полный привод видео Имею свою небольшую фирму, дела идут вроде неплохо, но и не так, как хотелось бы. Знакомые подсказали, что для раскрутки, нужен сайт визитка. Но в этом совсем ничего не понимаю. Интернетом пользуюсь,

Світлодіоди на 12 вольт: особливості та схеми підключення

Джерела живлення на 12 В знаходять повсюдне застосування через свою універсальність і практичність. Дане напруга одночасно є безпечним для людини і достатнім для роботи багатьох електричних приладів. Не стали винятком і світлодіоди. Сьогодні асортимент світлодіодів розширився настільки, що підключити їх до 12 вольт не зовсім просто. Навіть мають аналогічне падіння напруги світлодіоди на 12 вольт вимагають знань певних нюансів. У даній статті постараємося максимально докладно розібратися з усіма джерелами живлення на 12 В і дати практичні рекомендації по підключенню до них будь-яких світлодіодів.

трохи теорії

Світлодіод характеризується двома основними параметрами: номінальним прямим струмом і прямим падінням напруги, виміряним при цьому струмі. Обидва значення є паспортними і на їх підставі можна зробити висновок про потужності споживання світлодіода. Плавно збільшуючи один з параметрів (наприклад, напруга), мультиметром можна фіксувати другий параметр (струм).

В результаті вийде ще один найважливіший параметр, притаманний будь-якому диоду – вольт-амперна характеристика (ВАХ). Вона є нелінійної і наочно доводить те, що навіть незначне перевищення номінального прямого напруги веде до різкого зростання струму і, отже, до деградації кристала напівпровідника. Крім цього, всі світловипромінюючі діоди мають низьке зворотне напруга (близько 5 В). Тому перед початком експлуатації світлодіода потрібно повторно переконатися в дотриманні полярності. Для захисту світлодіода від переполюсовкі зустрічно паралельно йому можна встановити звичайний діод з великим зворотною напругою.

Види джерел живлення на 12 В

Світлодіод будь-якого типу повинен підключатися до джерела живлення (ІП) зі стабілізованою струмом на виході. Однак виробники світлодіодних світильників часто економлять на якості і встановлюють в них недорогі блоки живлення з відсутність стабілізації.

Найбільш поширені безтрансформаторні блоки живлення (БП) на 12 В з гасить конденсатором і токозадающего резистором на виході. В таких схемах відсутня будь-яка стабілізація і захист. В результаті скачки напруги нічим не нівелюються і негативно відбиваються на роботі світильника. Проте, схема настільки дешева, що часто зустрічається в світлодіодних лампах і інших пристроях. При підключенні малопотужних світлодіодів від акумулятора з напругою живлення 12 В можна обмежитися резистором, правильно підібраним по опору і потужності. Виняток становить бортова мережа автомобіля, в якій напруга може коливатися в широких межах. Так що при конструюванні світлодіодним схеми, наприклад для автомобіля, без стабілізатора струму (драйвера) не обійтися.

У найпростішому випадку драйвер можна сконструювати своїми руками на лінійній ІМС LM317T, вартість якої становить близько 0,2 $. У цьому випадку для отримання стабільного напруги на 12 В достатньо мінімального набору елементів в обв’язки. При сумарному струмі через світлодіоди до 300 мА вона відмінно працює без додаткового охолодження. Типова схема включення LM317T як стабілізатор струму приведена нижче. Існують також нестабілізовані блоки живлення, в яких послідовно включені: понижуючий трансформатор, випрямляч і ємнісний фільтр (конденсатор). Їх використання виправдане лише в житлових районах зі стабільним напругою мережі, так як будь-який прояв стрибків і імпульсних перешкод буде мати негативний вплив на роботу світлодіодів. Для світлодіодів набагато надійніше імпульсні джерела живлення на 12 В. Вони гарантують високий ККД, стабільний вихідний струм і напруга при перепадах електромережі. Різновидом імпульсного ІП на 12 В можна вважати комп’ютерний блок живлення. У старих моделях на 250 Вт здатність навантаження по виходу +12 В становить 10 А, що більш ніж достатньо для включення декількох потужних світлодіодів навіть з падінням напруги 12 вольт. Якщо габарити і шум вентилятора – не перешкода, то колишньому у вживанні блоку живлення від комп’ютера можна подарувати друге життя.

Якщо ж форм-фактор і естетичні показники мають значення, то для світлодіода або світлодіодним збірки краще купити готовий БП на 12 В. Його вартість сильно залежить від потужності і варіанти виконання (в корпусі або без нього).

Для тих, хто погано розбирається в електриці, нагадаємо, що існують джерела змінної напруги на 12 В. Усередині такого блоку розташований понижуючий трансформатор з запобіжником, а на корпусі присутній напис: «Output AC 12 V», що означає: «вихідна змінна напруга 12 В ». До нього забороняється безпосередньо підключати світлодіоди. Щоб використовувати його в світлодіодному освітленні, потрібно як мінімум, доповнити схему доданими мостом, конденсатором і стабілізатором струму на LM317T .

Способи підключення світлодіодів до ІП на 12 вольт

Щоб підключити до 12 вольт стабілізованого джерела живлення один світлодіод на 3 В, доведеться компенсувати надлишок (приблизно 9 В) на резисторі або стабилитроне. Це вкрай неефективно, тому що основна частина енергії буде розсіюватися на допоміжних елементах ланцюга.

Для підвищення ККД схеми світлодіоди з’єднують послідовно по три штуки. Якщо врахувати, що падіння напруги на найбільш поширених білих світлодіодах приблизно 3,3 В, то для погашення решти 2 В (12-3,3 * 3 = 2) досить одного малопотужного резистора. Світлодіоди жовтого і червоного кольору світіння можна об’єднувати послідовно по 5 штук, так як їх падіння напруги не перевищує 2,2 В.

В ідеалі, перед розрахунком резистора потрібно точно знати робоча напруга кожного світлодіода. Його можна взяти з паспорта або виміряти самостійно. Замір виробляють на включеному світлодіоді, через який протікає номінальний струм. Потім по закону Ома визначають номінал і потужність струмообмежувального резистора:
R = Uпіт- (ULED1 + ULED2 + . + ULEDn) / ILED.
P = (Uпіт- (ULED1 + ULED2 + . + ULEDn)) * ILED.

Більш докладно про розрахунок і вибір резистора написано в даній статті .

Кількість підключаються світлодіодів до джерела живлення залежить не тільки від наявності потрібної напруги, але і від здатності навантаження блоку живлення. Це означає, що сумарний струм в навантаженні не повинен перевищувати максимальний вихідний струм блоку живлення.

Сьогодні деякі виробники випускають світлодіоди з високим падінням напруги. До них можна віднести і світлодіоди 12 вольт, підключення яких необхідно виконувати строго через джерело стабілізованого струму.

Також окремим випадком є підключення світлодіодної стрічки до джерела живлення 12 В. Тут схема підключення набагато простіше, так як не потрібно стабілізувати струм, а обмежувальний резистор є в кожній групі з декількох світлодіодів. Найпростішим і недорогим варіантом включення світлодіодним стрічки є використання блоку живлення від комп’ютера. Для цього достатньо з’єднати плюс стрічки з жовтим (+12 В), а мінус стрічки – з чорним (загальним) проводом.

Свої нюанси мають і COB-матриці. Нарівні з іншими світлодіодами вони повинні працювати від драйвера і, в залежності від умов, їх яскравість можна регулювати шляхом зміни струму. У паспорті до COB-матриці обов’язково вказується робочий струм і зразкове падіння напруги при цьому струмі.

Конструювати світлодіодний світильник на базі COB-матриці з живленням від блоку 12 В не коректно з кількох причин. Навіть якщо падіння напруги на матриці близько до 12 В, то її можна підключити до такого ж стабілізованому блоку живлення тільки через обмежувальний резистор. В результаті струм буде нижче номіналу, при цьому знижується яскравість і ефективність всього пристрою.

Розв’язати ситуацію можна шляхом додавання в ланцюг харчування перетворювача напруги в струм. Для цього до виходу ІП на 12 В підключають плату низьковольтного драйвера, вихідний струм якого дорівнює току споживання COB-матриці. Такі перетворювачі випускаються серійно і мають низьку ціну, широкий діапазон робочих струмів і напруг, компактні розміри. Для високовольтних світлодіодів і збірок (з прямою напругою понад 12 В) підбирати слід драйвер підвищує типу. При бажанні перетворювач з потрібними параметрами можна зібрати своїми руками.

Докладний алгоритм по включенню світлодіода до 12 В

Спираючись на вищевикладену інформацію, складемо покроковий алгоритм підключення світлодіодів до джерела живлення на 12 В.
1) Визначити тип блоку живлення:

• якщо БП зовні нагадує мережевий адаптер, то дізнатися його тип можна за масою. Пристрій імпульсного типу буде важити 100-200 г, що в 2-3 рази менше маси лінійного аналога;
• з напису на корпусі дізнатися вид напруги на виході (постійне, змінне);
• з напису дізнатися потужність і максимальний струм, який він здатний видати в навантаження, тобто светодиодам;
• включити БП в мережу і виміряти напругу на виході мультиметром, щоб переконатися в його справності.

2) За типом світлодіода дізнатися його номінальний струм, напруга і споживану потужність.
3) Зробити висновок про можливість підключення світлодіода до наявного БП. Наприклад, є імпульсний адаптер з параметрами:

• напруга на вході – AC: 230 V ~ 50 Hz;
• напруга на виході – DC: 12 V = 1 А;
• потужність – 12 W.

До нього можна послідовно підключити 3 однотипних синіх, зелених або білих світлодіода через резистор, розрахувавши його номінал за наведеною вище формулою. Їх номінальний струм не повинен перевищувати 700 мА. Тоді потужність в навантаженні не перевищить:
P = PLED1 + PLED1 + PLED1 + PR = 3,3 * 0,7 + 3,3 * 0,7 + 3,3 * 0,7 + 2 * 0,7 = 8,3 Вт.

Що залишився запас потужності дозволить адаптера довго і стабільно працювати без перевантажень.
4) З’єднувати світлодіоди слід з дотриманням полярності, а резистор можна розмістити в будь-якій частині електричного кола.
5) Всі контакти готового пристрою повинні бути надійно запаяні і після успішного запуску заізольовані.